JP4431184B2 - スクリュ圧縮装置 - Google Patents

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Description

本発明はスクリュ圧縮装置に関する。
従来、スクリュロータ同士、および、スクリュロータとロータ室との間を冷却用油で冷却および潤滑する油冷式スクリュ圧縮機が広く使用されている。従来の油冷式スクリュ圧縮機では、圧縮する対象気体が炭化水素系ガス等である場合、対象気体が冷却用油に溶け込んで冷却用油の粘度を低下させ、軸受の潤滑が不十分になって、軸受を損傷させることがある。また、従来のスクリュ圧縮機において、対象気体が腐食性ガスである場合、対象気体が軸受を腐蝕して損傷させることもある。
特許文献１には、スクリュ圧縮機から吐出された対象気体を減圧タンクにおいて減圧して、冷却用油に溶け込んだ対象気体を分離する技術が記載されている。しかしながら、対象気体を大きく減圧することはできず、特許文献１の装置では、冷却用油の脱気が必ずしも十分ではなかった。
特開平１０−２６０９３号公報
前記問題点に鑑みて、本発明は、圧縮する対象気体の性状が軸受の寿命に影響しないスクリュ圧縮装置を提供することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明によるスクリュ圧縮装置の第１の態様は、ハウジングに形成したロータ室内に雌雄咬合して回転可能に収容され、対象気体をロータ潤滑流体と共に圧縮するスクリュロータのロータ軸を、前記ロータ室に隣接して前記ハウジングに形成された軸受空間に配設した軸受によって支持し、前記ロータ室と前記軸受空間とを隔離する軸封部材を備えるスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機が吐出した前記対象気体から前記ロータ潤滑流体を分離する潤滑流体分離回収器と、前記軸受空間から流出する軸受潤滑流体を前記軸受空間に環流させる軸受潤滑システムとを有し、前記軸受潤滑流体は、前記軸封部材にも供給され、前記軸封部材は、前記ロータ室と前記軸受空間とを複数の狭い隙間を介して接続するように構成され、前記軸封部材の途中に、前記潤滑流体分離回収器で前記ロータ潤滑流体を分離された前記対象気体の一部が供給されるものとする。
この構成は、スクリュロータおよびロータ室の潤滑をするロータ潤滑流体と、ロータ軸の軸受の潤滑をする軸受潤滑流体とを、軸封部材によって隔離された異なる系の流体としている。これにより、軸受潤滑流体と対象気体との接触を殆どなくして、対象気体による軸受潤滑流体の劣化を防ぎ、軸受の寿命短縮を防止することができる。
また、本発明のスクリュ圧縮装置において、前記軸受潤滑流体は、前記軸封部材にも供給されるので、軸受潤滑流体を軸封部材の軸封を助けるシール流体としても利用することで、軸受室への対象気体の侵入を確実に防止できる。
また、本発明のスクリュ圧縮装置において、前記軸封部材は、前記ロータ室と前記軸受空間とを複数の狭い隙間を介して接続するように構成され、前記軸封部材の途中に、前記潤滑流体分離回収器で前記ロータ潤滑流体を分離された前記対象気体の一部が供給されるので、供給された対象気体が、軸封部材が形成する狭い隙間から僅かずつ低圧側に漏出し、ロータ室からロータ潤滑流体を含んだ対象気体が軸受室に流入することを防止できる。軸封部材を介して軸受室に流入する対象気体は、極少量であるので、軸受潤滑油を劣化させたり、軸受を直接腐蝕させることがない。
また、本発明によるスクリュ圧縮装置の第２の態様は、ハウジングに形成したロータ室内に雌雄咬合して回転可能に収容され、対象気体をロータ潤滑流体と共に圧縮するスクリュロータのロータ軸を、前記ロータ室に隣接して前記ハウジングに形成された軸受空間内に配設した軸受によって支持し、前記ロータ室と前記軸受空間とを隔離する軸封部材を備えるスクリュ圧縮機と、前記スクリュ圧縮機が吐出した前記対象気体から前記ロータ潤滑流体を分離する潤滑流体分離回収器と、前記軸受空間から流出する軸受潤滑流体を前記軸受空間に環流させる軸受潤滑システムとを有し、前記スクリュ圧縮機は、前記対象気体の前記ロータ室からの吐出位置を制御するスライド弁を備え、前記軸受潤滑流体は、前記スライド弁の作動媒体を兼ねるものとする。
スライド弁を使用する場合、オイルフリー構造とすることが困難であるため、従来、腐食性ガスなどに対応できなかったが、本発明により、スライド弁を使用する場合にも、軸受の寿命を確保することができるようになった。また、前記軸受潤滑流体は、前記スライド弁の作動媒体を兼ねているので、流体の循環供給のための付属設備が少なくて済む。
また、本発明のスクリュ圧縮装置は、前記潤滑流体分離回収器に回収した前記ロータ潤滑流体を、前記ロータ室内に環流させるロータ潤滑流路をさらに有してもよい。
この構成によれば、ロータ潤滑流体を循環利用でき、ロータ潤滑流体の冷却等も容易にできる。
本発明によれば、スクリュ圧縮機のロータ室と軸受空間とを軸封部材で隔離し、それぞれに異なる流体を供給して、潤滑および冷却を行う。このため、スクリュ圧縮機で圧縮される対象気体を軸受および軸受潤滑流体に、少しだけしか、または、全く接触させないので、軸受の寿命が対象気体の性状に大きく影響されない。
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮装置１を示す。スクリュ圧縮装置１は、スクリュ圧縮機２で対象気体（例えばプロパンガス）を圧縮して吐出し、潤滑流体分離回収器３によってスクリュ圧縮機２が吐出した対象気体から、スクリュ圧縮機２内の潤滑および冷却のために対象気体混入されているロータ潤滑流体（例えば潤滑油）を分離して、需要設備に圧縮した対象気体を供給するものである。
スクリュ圧縮機２は、ハウジング４に形成されたロータ室５の中に、雌雄咬合して回転可能に収容されたスクリュロータ６を有する。スクリュロータ６は、ロータ室５に隣接してハウジング４に形成された軸受空間７，８内に延伸するスクリュ軸９を有し、軸受空間７，８内に配設した軸受９，１０によって支持されている。また、雌雄のスクリュロータ９は、吐出側の軸受空間８内において、タイミングギア１２によって互いに同期回転するように連結されている。また、スクリュ圧縮機２は、ロータ室５と軸受空間７，８とをそれぞれ隔離するメカニカルシール（シール部材）１３，１４と、ハウジング４の外にロータ軸９が突出して不図示のモータに接続される吸込側の軸受空間７の開放端を軸封するメカニカルシール１５とを有する。さらに、スクリュ圧縮機２は、ロータ室５の吐出側の開口位置を変化させるスライド弁１６を有している。
また、スクリュ圧縮装置１は、軸受空間７，８に、軸受９，１０を潤滑するための軸受潤滑流体（例えば潤滑油）を供給する軸受潤滑システム１７を有している。軸受潤滑システム１７は、軸受空間７，８から流出した軸受潤滑流体を回収して貯留する供給タンク１８と、供給タンク１８から軸受潤滑流体を送出する潤滑ポンプ１９と、潤滑ポンプ１９から吐出された軸受潤滑流体を冷却する冷却器２０とを有する。また、スクリュ圧縮装置１は、軸受潤滑流体をスライド弁１６を駆動する流体圧シリンダ２１の作動媒体としても利用するようになっている。具体的には、スクリュ圧縮装置１は、供給タンク１８から軸受潤滑流体を圧送する駆動ポンプ２２と、流体圧シリンダ２１の２つのポートのいずれに駆動ポンプ２２から圧送される軸受潤滑流体を供給するかを選択する３位置切換弁２３とを有している。
また、スクリュ圧縮装置１は、潤滑流体分離回収器３によって対象気体から分離したロータ潤滑流体を、対象気体の圧力によって、冷却器２４を介してスクリュ圧縮機２のロータ室５の吸込部に環流させるロータ潤滑流路２５を有している。これにより、ロータ潤滑流体は、スクリュ圧縮装置１の内部で循環する。
スクリュ圧縮装置１では、軸受潤滑流体は、メカニカルシール１３，１４にも供給されている。メカニカルシール１３，１４は、それぞれ、ハウジング４に気密に固定された２つのステータと、２つのロータの間でロータ軸９に気密に固定され、ロータ軸９と共に回転するロータとからなり、ステータとロータとが互いに摺接し合う。このステータとロータとの摺接面に軸受潤滑流体を供給することで、ステータとロータとの間のシールが完全となり、ロータ室５と軸受空間７，８とがそれぞれ隔離される。なお、メカニカルシール１３，１４に供給された軸受潤滑流体は、ハウジング４と、ステータとロータとで形成される密閉空間に閉じこめられるので、メカニカルシール１３，１４からロータ室５や軸受空間７，８に漏出しない。
スクリュ圧縮装置１では、対象気体が軸受空間７，８に侵入しないので、軸受１０，１１が対象気体の腐食性により浸食されて寿命が短くなるおそれがない。また、軸受潤滑流体は、対象気体およびロータ潤滑流体と接触することがないので、軸受潤滑流体が対象気体によって劣化（粘度低下）させられることがなく、軸受１０，１１の潤滑および冷却の最適な条件を維持することができる。
なお、本実施形態において、タイミングギア１２を省略して、スクリュロータ６同士の咬合によって雌雄のスクリュロータ６を同期回転させてもよい。
図２に、本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮装置１ａを示す。なお、これ以降の説明において、先に説明した実施形態と同じ構成要素には、同じ符号を付して重複する説明を省略する。
スクリュ圧縮装置１ａは、定量式の補給ポンプ２６によりリザーバ２７から、常に一定量のロータ潤滑流体が供給される。補給ポンプ２６からの供給量は、少量であるので、潤滑流体分離回収器３からも、スクリュ圧縮機２にロータ潤滑流体が供給される。潤滑流体分離回収器３は、レベルスイッチ２８を有し、その液面が所定範囲に収まるように、滑流体分離回収器３からロータ潤滑流体を排出する排出バルブ２９の開度を制御するようになっている。
対象気体が例えば腐食性分を含むガスであり、ロータ潤滑流体が潤滑油である場合、スクリュ圧縮装置１の運転に伴い、ロータ潤滑流体に対象気体が少しずつ溶け込んで、ロータ潤滑流体を劣化させる。しかしながら、本実施形態では、新しいロータ潤滑流体が常に供給されるので、ロータ潤滑流体を一定以上の品質に保つことができる。
また、スクリュ圧縮装置１から排出されるロータ潤滑流体は、他のプラントで消費してもよい。例えば、石油精製プラントでは、ロータ潤滑流体として使用し得る液化重炭化水素を消費する。これにより、液化重炭化水素をロータ潤滑流体として使用するスクリュ圧縮装置１から排出したロータ潤滑流体を廃液処理する必要がなくなる。
図３に、本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮装置１ｂを示す。本実施形態では、スクリュ圧縮機２のロータ室５に供給されるロータ潤滑流体は、全量がスクリュ圧縮装置１の外部から供給され、潤滑流体分離回収器３において回収されたロータ潤滑流体は、全てスクリュ圧縮装置１の外部に排出される。
例えば、石油精製プラントでは、副生成物として、オクタンのような液化重炭化水素が生成される。通常、これらは、精製処理されるが、本実施形態のスクリュ圧縮装置１ｂにおいて、ロータ潤滑流体として使用してから、精製処理することで、ロータ潤滑流体に溶け込んだ対象気体も同時に精製処理され、環境汚染の心配がない。
さらに、図４に、本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮装置１ｃを示す。スクリュ圧縮装置１は、ロータ室５と軸受空間７，８との間の軸封のために、カーボンリングシール３０，３１を備える。また、スクリュ圧縮装置１ｃは、潤滑流体分離回収器３でロータ潤滑流体を分離した対象気体の一部を、カーボンリングシール３０，３１の途中に導入している。なお、吸込側のカーボンリングシールには、オリフィス３２を介して対象気体を導入することで、その供給量を調整している。
また、本実施形態では、軸受空間７，８から、軸受潤滑流体だけでなく、カーボンリングシール３０，３１に供給された対象気体の一部も流出する。これらは、有圧タンク３３に回収される。有圧タンク３３は、上部空間がスクリュ圧縮機２の吸込側に連通し、上部空間の対象気体がスクリュ圧縮機２の吸込圧によって吸引され、内圧をスクリュ圧縮機２の吸込圧と同じに保つ。また、潤滑ポンプ１９から吐出された軸受潤滑流体の一部は、再生装置３４を介して有圧タンク３３に環流させられ、再生装置３４において溶け込んだ対象気体が除去されて、その品質を保つようになっている。
カーボンリングシール３０，３１は、ロータ軸９との間に微小な隙間を形成する複数のカーボンリング３５がハウジング４に気密に保持され、ロータ軸９とカーボンリング３５との隙間を対象気体が通過する際の圧損により、通過する対象気体の量を極少量に制限するものである。
また、本実施形態では、カーボンリングシール３０，３１の途中にロータ室５および軸受空間７，８よりも高圧の対象気体を導入している。これにより、カーボンリングシール３０，３１の途中に導入した対象気体がロータ室５および軸受空間７，８に流れ込み、ロータ室５からロータ潤滑流体を含んだ対象気体を軸受空間７，８に流入させないので、軸受潤滑流体にロータ潤滑流体が混入することがない。
また、本実施形態において、軸受空間７，８に流入する対象気体は、潤滑流体の搬送媒体ではないため、その流量が非常に少量でよい。よって、本実施形態では、軸受潤滑流体に与える影響は大きくなく、コンパクトな再生装置３４で軸受潤滑流体の品質を維持することが可能になっている。
本実施形態では、完全に気密な軸封は、ロータ軸９がハウジング４から突出する部分に設けたメカニカルシール１５だけでよい。また、本実施形態のように対象気体と接触する軸受潤滑流体には、米国石油協会の潤滑油システム規格のような厳密な規格が要求されないので、その構造が大きなコスト要因にはならない。
本発明の第１実施形態のスクリュ圧縮装置の構成図。 本発明の第２実施形態のスクリュ圧縮装置の構成図。 本発明の第３実施形態のスクリュ圧縮装置の構成図。 本発明の第４実施形態のスクリュ圧縮装置の構成図。
符号の説明
１…スクリュ圧縮装置
２…スクリュ圧縮機
３…潤滑流体分離回収器
４…ハウジング
５…ロータ室
６…スクリュロータ
７，８…軸受室
９…ロータ軸
１０，１１…軸受
１３，１４…メカニカルシール（軸封部材）
１５…メカニカルシール
１６…スライド弁
１７…軸受潤滑システム
１９…潤滑ポンプ
２０…冷却器
２１…流体圧シリンダ
２４…冷却器
２５…ロータ潤滑流路
３０，３１…カーボンリングシール（軸封部材）
３５…カーボンリング

Claims (3)

  1. ハウジングに形成したロータ室内に雌雄咬合して回転可能に収容され、対象気体をロータ潤滑流体と共に圧縮するスクリュロータのロータ軸を、前記ロータ室に隣接して前記ハウジングに形成された軸受空間内に配設した軸受によって支持し、前記ロータ室と前記軸受空間とを隔離する軸封部材を備えるスクリュ圧縮機と、
    前記スクリュ圧縮機が吐出した前記対象気体から前記ロータ潤滑流体を分離する潤滑流体分離回収器と、
    前記軸受空間から流出する軸受潤滑流体を前記軸受空間に環流させる軸受潤滑システムとを有し、
    前記軸受潤滑流体は、前記軸封部材にも供給され、
    前記軸封部材は、前記ロータ室と前記軸受空間とを複数の狭い隙間を介して接続するように構成され、
    前記軸封部材の途中に、前記潤滑流体分離回収器で前記ロータ潤滑流体を分離された前記対象気体の一部が供給されることを特徴とするスクリュ圧縮装置。
  2. ハウジングに形成したロータ室内に雌雄咬合して回転可能に収容され、対象気体をロータ潤滑流体と共に圧縮するスクリュロータのロータ軸を、前記ロータ室に隣接して前記ハウジングに形成された軸受空間内に配設した軸受によって支持し、前記ロータ室と前記軸受空間とを隔離する軸封部材を備えるスクリュ圧縮機と、
    前記スクリュ圧縮機が吐出した前記対象気体から前記ロータ潤滑流体を分離する潤滑流体分離回収器と、
    前記軸受空間から流出する軸受潤滑流体を前記軸受空間に環流させる軸受潤滑システムとを有し、
    前記スクリュ圧縮機は、前記対象気体の前記ロータ室からの吐出位置を制御するスライド弁を備え、
    前記軸受潤滑流体は、前記スライド弁の作動媒体を兼ねることを特徴とするスクリュ圧縮装置。
  3. 前記潤滑流体分離回収器に回収した前記ロータ潤滑流体を、前記ロータ室内に環流させるロータ潤滑流路をさらに有することを特徴とする請求項２に記載のスクリュ圧縮装置。
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